Thermochemistry

TermoqumicaParte II

Qumica General AIILey de Hess : El cambio trmico, a P o V constante, de una reaccin qumica es el mismo tanto si se lleva a cabo en una o en varia etapas

A B

CH3H1H2H3 = H1 + H2H: funcin de estado Ejemplo: Dadas las reacciones:

H2(g) + O2(g) H2O(g) H10 = 241,8 kJ .(1)

H2(g) + O2(g) H2O(l) H20 = 285,8 kJ (2)

calcular la entalpa de vaporizacin del agua en condiciones estndar. La reaccin de vaporizacin es...

H2O(l) H2O(g) H03 = ? (3)

Esquema de la ley de HessH10 = 241,8 kJH20 = 285,8 kJH30 = 44 kJHH2(g) + O2(g)H2O(g)H2O(l)

Calcule la entalpa estndar de formacin de CS2 (l) teniendo que: C(grafito) + O2 (g) CO2 (g) H0reaccin = -393,5 kJS(rmbico) + O2 (g) SO2 (g) H0reaccin = -296,1 kJCS2(l) + 3O2 (g) CO2 (g) + 2SO2 (g) H0reaccin = -1072 kJR = Hf0 (CS2(l)) = 86,3 kJ/mol Ejercicio: Determinar Hf0 del eteno (C2H4) a partir de los calores de reaccin de las siguientes reacciones qumicas:

H2(g) + O2(g) H2O(l) H10 = 285,8 kJ C(s) + O2(g) CO2(g) H20 = 393,13 kJC2H4(g) + 3O2(g) 2CO2(g) + 2 H2O(l) H30 = 1422 kJ

R = Hf0 (eteno) = 64,14 kJ/mol La entalpa de disolucin (Hdisolucin) es el calor generado o absorbido cuando cierta cantidad de soluto se diluye en cierta cantidad de disolvente. Hdisolucin = Hhidratacin+ Ereticular

Ciclo de Born-Haber para determinar energas reticulares globalDHglobal = DH1 + DH2 + DH3 + DH4 + DH5ooooooEnerga reticular (E) es la energa requerida para separar completamente un mol de un compuesto inico slido en sus iones gaseosos.8

El proceso de disolucin para el NaClDHdisolucin = Paso 1 + Paso 2 = 788 +( 784) = 4 kJ/molEnerga reticularPaso 1Paso 2Calor de disolucinIones Na+ y Cl- en estado slidoIones Na+ y Cl- hidratadosCalor de hidratacinIones Na+ y Cl- en estado gaseosoEntalpa o Energa de enlace.Es la energa necesaria para romper un enlace de un mol de sustancia en estado gaseoso

En el caso de molculas diatmicas es igual que la energade disociacin:

A-B(g) A(g) + B(g) Hdisoc. = Eenlace= Ee

Ejemplo: H2(g) 2 H(g)H = 436 kJ

* Es positiva (es necesario aportar energa al sistema)* Es difcil de medir.* Se suele calcular aplicando la ley de Hess.

Ejemplo: Calcular la energa del enlace H-Cl en el cloruro de hidrgeno conociendo Hf0(HCl) cuyo valor es 92,3 kJ/mol y las entalpas de disociacin del H2 y del Cl2 que son 436,0 kJ/mol y 243,4 kJ/mol, respectivamente.La reaccin de disociacin del HCl ser:

HCl(g) H(g) + Cl(g) H04= ?

H2(g) + Cl2(g) HCl(g) H01 = 92,3 kJ

H2(g) 2H(g)H02 = 436,0 kJ

Cl2(g) 2Cl(g) H03 = 243,4 kJ

H04= 432 kJ/molClculo de H0 a partir de las Energa de enlace (disociacin).Aplicando la ley de Hess en cualquier caso se obtieneLa siguiente frmula:

H0 = ni Ee(enl. rotos) + nj Ee(enl. formados)

en donde: ni y nj representa el nmero de enlaces rotos y formados de cada tipo. MUY IMPORTANTEEjemplo: Sabiendo que las energa de los siguientes enlaces (kJ/mol): C=C : 611; CC : 347; CH : 413 y HH : 436, calcular el valor de H0 de la reaccin de hidrogenacin del eteno.Reaccin: CH2=CH2(g) + H2(g) CH3CH3(g)

Ejercicios:

Calcular el calor de combustin de propano a partir de los datos de energa de enlace.C3H8(g) + O2(g) CO2 (g) + H2O(g)

Calcular el calor de combustin del metano:

CH4(g) + O2(g) CO2 (g) + H2O(g)

14Calor es la transferencia de energa trmica entre dos cuerpos que estn a temperaturas diferentes.Cambios de energa en las reacciones qumicasTemperatura es una medida de energa trmica.Temperatura = Energa trmica

900C

400C

Entalpa (H) se usa para medir el calor absorbido o liberado por un sistema durante un proceso a presin constante.

DH = H (productos) H (reactivos)DH = calor emitido o absorbido durante una reaccin a presin constante Hproductos< HreactivosDH < 0Hproductos > HreactivosDH > 0Endotrmico:calor absorbido por el sistemade los alrededoresExotrmico:calor liberado por el sistemahacia los alrededoresEnergaEnergaEcuaciones termoqumicas

H2O (s) H2O (l)DH = 6,01 kJEs DH negativo o positivo?El sistema absorbe calorEndotrmicoDH > 0Cada fusin de 1 mol de hielo a 00C y 1 atm absorbe 6,01 kJ.EntalpaCalor absorbido por el sistemade los alrededoresEcuaciones termoqumicasCH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l)DH = -890,4 kJEs DH negativo o positivo?El sistema emite calor ExotrmicoDH < 0La combustin de 1 mol de metano a 25C y 1 atm provoca una disminucin en la entalpa del sistema de 890,4 kJ.

EntalpaCalor liberado por el sistemahacia los alrededoresH2O (s) H2O (l)DH = 6,01 kJLos coeficientes estequiomtricos siempre se refieren al nmero de moles de una sustancia Ecuaciones termoqumicasSi invierte una reaccin, el signo de DH cambia H2O (l) H2O (s)DH = -6,01 kJSi multiplica ambos lados de la ecuacin por un factor n, entonces DH debe cambiar por el mismo factor n.2H2O (s) 2H2O (l)DH = 2 x 6,01 = 12,0 kJH2O (s) H2O (l)DH = 6.01 kJLos estados fsicos de todos los reactivos y productos se deben especificar en las ecuaciones termoqumicas. Ecuaciones termoqumicasH2O (l) H2O (g)DH = 44.0 kJCunto calor se libera cuando 266 g de fsforo blanco (P4) se queman en el aire?

P4 (s) + 5O2 (g) P4O10 (s) DH = -3013 kJEjercicios

1. Para la reaccin: CH4(g) + 2O2(g) CO2 (g) + 2H2O(l) H25C = - 890,3kJ cunto calor se libera o absorbe cuando 10,0g de CH4 reaccionan? R = 556,4kJ2. El cambio de entalpa para la sublimacin de 1 mol de yodo slido a 25C y 1 bar es 62,4 kJ.I2(s) I2(g) DH = 62,4 kJ

Qu cantidad de energa debe transferirse para vaporizar 10,0 g de yodo slido? R = 2,45 kJ

Si 3,45 g de vapor de yodo se subliman a yodo slido, qu cantidad de energa se transfiere?. Este proceso es exotrmico o endotrmico? R = - 0,848 kJ

CALORIMETRIASe refiere a la medicin del calor absorbido o cedido por un cuerpo, en un determinado proceso.

Los cambios de calor de los procesos fsicos y qumicos se miden en un calormetro.

La capacidad calorfica (C) es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de una sustancia 1,0 grado.

Unidades: J/C cal/C Btu/FEl calor especfico (c) de una sustancia es la cantidad de calor necesaria para elevar 1,0 grado la temperatura de un gramo de la sustancia.

Unidades: J/kg.C ; cal/g.CBtu/lb.F

Calores especficos entre 0 y 100 C (J/g C)Al0,90Cu0,39Hielo2,11Fe 0,44Latn0,39Ag0,23Vidrio0,83Pb0,13Au 0,13Agua4,18Alcohol2,51Hg0,14

Aire0,99H214,6N21,02O20,91Cunto calor se emite cundo una barra de hierro de 869 g se enfra de 94C a 5C?

ceFe = 0,444 J/g 0C

Ejercicios

Si se aportan 24,1 kJ para calentar un trozo de aluminio que tiene una masa de 250 g desde una temperatura inicial de 5,0 C, qu temperatura final tendr el aluminio? La capacidad calorfica especfica del aluminio es de 0,902 J/g.C

R = 112,11C

2. Qu cantidad de calor en kCal absorbe un trozo de Cu de 500,0 gramos al elevar su temperatura desde 15C a 215C, si su calor especifico es 0,39 (J/g.C).

R = 9,32 kcal

La conservacin de la EnergaLa direccin de transferencia de energa trmica siempre es de los cuerpos calientes a los fros: Tmayor Tmenor Principio de equilibrio trmico: siempre que dos o ms cuerpos o sustancias se coloquen juntos en un sistema aislado, con el tiempo alcanzarn la misma temperatura.

Ejercicios

Suponga que un trozo de hierro de 55,0 g se calienta con la flama de un mechero Bunsen a 425C y luego se sumerge en un vaso con agua. El vaso tiene 600 mL de agua (= 1 g/mL), y su temperatura antes de meter en ella el hierro es 25C. Qu temperatura final tiene el agua y el trozo de hierro? (Supngase que no hay prdida de calor hacia los alrededores)

R = 28,82C

2. Una hoja de oro que pesa 10,0g y se encuentra a una temperatura de 18C se coloca sobre una hoja de hierro que pesa 20,0g y est a una temperatura de 55,6C. Cul es la temperatura final de la combinacin de los dos metales?.(Supngase que no hay prdida de calor hacia los alrededores)

R = 50,8C

Constant-Pressure CalorimetryNingn calor entra o sale!qsistema = qagua + qcal + qrxnqsis = 0qrxn = - (qagua + qcal)qagua= mcDtqcal = CcalDtReaccin a P constanteDH = qrxn

Calorimetra a presin constanteTermmetroMezcla de reaccinAgitadorVasos de poliestirenoEjercicio

En un calormetro fabricado con dos vasos trmicos, se hacen reaccionar 200 mL de HCl 0,862 M y 200 mL de Ba(OH)2 0,431 M, luego de la neutralizacin la temperatura de la solucin incremento en 4,64C. Sabiendo que la capacidad calorfica del calormetro es 453 J/C; Calcule el calor liberado y el Hneutralizacin en kJ/mol

R = -9,86kJ ; -57,2 kJ/mol

Calorimetra a Volumen constanteNingn calor entra o sale! qsistema = 0qreaccin = - (qagua + qbomba )qagua = mcDtqbomba = CbombaDtReaccin a V constanteDH ~ qreaccinDH = qreaccin Agitador

Recipiente para la muestraBombaEntrada para el O2AguaChaqueta aislanteCubierta del calormetroAlambre de ignicinTermmetroqsistema = qagua + qbomba +qreaccinEjercicios

En una bomba calorimtrica de latn de 300,00 g que contiene 200,00 g de agua a 10,0C, se introduce un trozo de Ag de 50,0 g a 75,0 C cul es la temperatura final de la mezcla?. El calor especfico del calormetro es 0,39J/g C .

R= 10,8 C

Otros ejerciciosEn un calormetro de latn de 300,0 g se colocan 300,0 g de agua a 10,0 C que cantidad de Cu a 100,0 C deber agregarse para que la temperatura final de la mezcla sea 20,0 C? R = 439,4 g Cu2. Una muestra de 1,922g de metanol (CH3OH), se quem en una bomba calorimtrica a volumen constante. Como consecuencia la temperatura del agua se elev 4,2C . Si la cantidad de agua que rodea al calormetro es exactamente 2000g y la capacidad calorfica del calormetro es 2,02 kJ/C, calcule el calor molar de combustin del metanol. R = -726kJ/mol

3. En un calormetro a volumen constante se queman 1,13g de carbono puro en exceso de oxgeno:C(s) + O2(g) CO2(g) Elevndose la temperatura desde 24,64 hasta 31,09 C. Calcular la cantidad de calor desprendida cuando se quema 1 mol de carbono sabiendo que la capacidad calorfica del calormetro es 5,71 kJ/C. R = 391,4 kJ/mol